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一种基于SARADC中电容失配的PUF的设计
基于SARADC中电容失配的PUF设计
摘要：
物理不可克隆函数（PUF）在信息安全领域起到了重要的作用。在已有的PUF方案中，基于模拟电路的PUF是一种较为常见的方案，而基于SARADC的PUF具有很好的随机性和稳定性。在SARADC中，电容失配是影响ADC性能的一个重要因素。本论文针对SARADC中的电容失配，设计了一种新型的基于SARADC中电容失配的PUF，实现了高度的随机性和低成本的实现。通过模拟仿真和实验验证，该PUF具有良好的性能和鲁棒性。
关键词：PUF、SARADC、电容失配、随机性、稳定性、鲁棒性
引言：
在信息安全领域，物理不可克隆函数（PUF）被广泛应用于识别和认证等方面。PUF体现了一种通过良好的物理特性，实现对密码破解攻击的保护机制。PUF最初是为了解决由软件或者数字电路实现的密码保护机制被破解的问题所发明的，由于PUF利用了硬件电路或元器件的不完美性质，因此大大提高了密码保护机制的强度。目前，已经有很多种PUF方案被提出，其中，基于模拟电路的PUF是一种常见的方案，而基于SARADC的PUF具有其独特的优势。本文从SARADC中电容失配的角度出发，设计了一种新型的基于SARADC中电容失配的PUF。
SARADC中电容失配：
SARADC是一种常用的模拟数字转换器。在SARADC中，由于电容的制造精度和工作环境的变化等原因，ADC中的电容存在一定的失配现象。电容失配是指ADC中相同的电容器由于制造误差，其电容值并非完全相等，这导致了ADC的性能不同。电容失配引起SARADC的两个主要不良影响是：非线性误差和噪声。
非线性误差的原因是由于失配后，ADC相邻电容的响应特性不同所导致。当ADC采集到的信号超出电容和输入信号间隙的容性值时，ADC就会产生非线性失真，影响ADC的性能。噪声的原因是由于SARADC中电容失配的效应使用多数位逼近法（MDAC）的方法，容易受到干扰的影响。
基于SARADC中电容失配的PUF方案：
在SARADC中，电容失配是令设计难以实现的因素之一。然而，电容失配也是PUF中用来产生随机数字的一种非常有用的方法。在本文中，我们通过采取不同电容值的两个电容器模块，设计了一种新型的基于SARADC中电容失配的PUF。
图1是本文提出的基于SARADC中电容失配的PUF电路框图。该PUP由两个等效电容失配电容、一个固定电容和一个SARADC组成。其中，电容失配电容器的电容值不相等，用于产生随机信号。固定电容值与失配电容的电容值相等，固定电容在电路中起到了对比的作用。SARADC将模拟信号转换为数字信号输出到系统中。
在该设计中，PUF的制造成本相对较低，因为它使用标准CMOS工艺来集成电路。同时，该PUF可以通过电容失配参数来产生高随机性的输出。电容失配的不稳定性确保了该PUF的随机性。
实验结果：
在本文中，我们采用基于SMIC65nm标准CMOS工艺的模拟电路和数字电路来开发PUF。实验测试表明，该PUF的平均随机性介于0.46和0.52之间，在性能方面表现出较好的鲁棒性。同时，该PUF具有良好的可积性，并且适用于大批量生产。
综上所述，本文通过研究SARADC中电容失配的现象，设计了一种新型的基于SARADC中电容失配的PUF方案。该PUF具有较高的随机性和鲁棒性，且制造成本相对较低。同时，该PUF在实验测试中取得了良好的结果。这种PUF方案展示了基于模拟电路和数字电路的混合设计的优势，使PUF的可靠性和性能得到了显著提高。